Dues tecnologies principals de preparació contínua de fibra de basalt
1. Mètode de la flama
El mètode de la flama implica un procés de producció on la calor es subministra directament a la superfície de la Basalt es fonen dins d'un forn de basalt amb estructura de maó refractari. Aquesta calor es genera normalment per flames (com ara la combustió de gas natural i oxigen o aire calent, o flames de plasma) des de la part superior del forn. Aquest mètode d'escalfament primari es pot complementar amb l'escalfament de l'elèctrode inferior. Tot el procés inclou la fusió, la clarificació i la conformació.
Els forns de flama petits i autònoms, que actualment són els més comuns a la indústria, només utilitzen calefacció de combustió superior de gas natural i no tenen elèctrodes inferiors auxiliars. Tanmateix, a causa del seu alt consum d'energia, els elevats costos de producció i la baixa rendibilitat del producte, la majoria de les empreses que utilitzen aquesta tecnologia estan experimentant greus pèrdues i estan a punt de fer fallida.
La direcció de desenvolupament del mètode de la flama és la forn de tanc escalfat per flama, que utilitza un enfocament de "combinació gas-elèctrica" amb combustió superior de gas natural i oxigen i calefacció auxiliar d'elèctrode inferior. Aquest mètode de "combinació gas-elèctrica" és la tecnologia dominant absoluta per a la fabricació fibra de vidres, i aquests forns de fibra de vidre funcionen amb molta maduresa i èxit, especialment els forns unitaris, que gairebé s'han convertit en l'estàndard per als dissenys de forns de trefilatge de forns de tanc de fibra de vidre. S'han fet esforços per transferir aquesta tecnologia a la fabricació contínua de fibra de basalt, però malgrat les proves limitades, encara no s'ha aconseguit l'èxit. En els darrers dos anys, alguns han adoptat un enfocament diferent, canviant de matèries primeres de roca volcànica natural pura a matèries primeres formulades (és a dir, incorporant una gran proporció de roca no volcànica). Això ha portat a la posada en marxa i el funcionament amb èxit de línies de producció de forns de tanc escalfats amb flama de 10.000 tones/any i 3.500 tones/any.
2. Mètode de fusió totalment elèctric
El mètode de fusió totalment elèctric implica un procés de producció on l'energia elèctrica es subministra directament a la massa fosa de basalt a alta temperatura dins d'un forn de basalt amb estructura de maó refractari. Això s'aconsegueix mitjançant elèctrodes (com ara grafit, molibdè, diòxid d'estany, etc.) o (i) altres mètodes físics (com ara mètodes de plasma). Aquesta tecnologia abasta la fusió, la clarificació i la conformació.
El mètode de fusió totalment elèctrica contínua de fibra de basalt de la Xina va començar amb el Programa nacional 863 el 2002, que va completar un aparell de forn de dibuix autònom a petita escala utilitzant aquest mètode. Avenços significatius en la fosa contínua fibra de basalt La tecnologia de trefilatge per fusió totalment elèctrica es va aconseguir el 2016, amb la finalització d'un forn de tanc de fusió totalment elèctric a escala pilot de mil tones/any. Aquest sistema utilitza elèctrodes progressius de diverses files, que permeten una profunditat de nivell de líquid fos de fins a 1300 mm. El diàmetre del monofilament del producte es concentra entre 9 i 22 μm, i el consum d'energia unitari global és de 3,0 a 3,5 kWh/kg, cosa que demostra excel·lents efectes d'estalvi d'energia. El 2018, es va posar oficialment en funcionament una línia de producció de forns de tanc de fusió totalment elèctrics de 1200 tones/any ("d'un a vuit", amb fileres de 400 forats). Ha funcionat de manera estable durant més de tres anys, cosa que verifica que la vida útil del forn pot arribar a superar els tres anys.
Fins ara, per a les matèries primeres de roca volcànica natural pura, la tecnologia de fabricació contínua de fibra de basalt només es manté al nivell de tecnologia de forn de tanc de mil tones/any, i exclusivament per al mètode de fusió totalment elèctric.
3. Comparació de les dues rutes tecnològiques
Les característiques de l'alta temperatura fosa de basalt, és a dir, la seva baixa conductivitat tèrmica, l'alta viscositat i les propietats curtes del material, són precisament el que fa que la fabricació de fibra de basalt contínua sigui difícil.
- Mètode de la flama
El mètode de la flama, una tecnologia relativament madura introduïda des de l'antiga Unió Soviètica (actualment Rússia i Ucraïna) i adaptada a les condicions específiques de la Xina, ha tingut un ús generalitzat. Tanmateix, el seu major inconvenient en la industrialització són els elevats costos de producció i la baixa rendibilitat, en gran part a causa de defectes estructurals físics inherents al mètode en si.
Baix consum de calor
En aquest mètode, el gas natural es crema des de la part superior del forn, i la flama escalfa directament la superfície de la fosa de basalt. Més del 60% de la calor es reflecteix a la superfície de la fosa i s'emporta els gasos d'escapament. Atès que la fosa de basalt d'alta temperatura té una conductivitat tèrmica deu vegades inferior a la del vidre fos d'alta temperatura, la transferència de calor és extremadament lenta. Els forns petits d'una sola unitat només poden mantenir una profunditat de fosa d'uns 15 cm. Mentre que els forns de tanc de basalt escalfats amb flama de 10.000 tones/any poden assolir una profunditat de fosa de 50 cm amb escalfament auxiliar d'elèctrode inferior, la fosa forma una estructura en forma de plat dins del forn, cosa que provoca una gran superfície específica i una dissipació de calor significativa. La pèrdua de calor a través dels materials d'aïllament supera el 10%. En conseqüència, la taxa d'utilització real de la calor és inferior al 30%.
Qualitat de baixa fusió
A causa del baix nivell de fusió en el mètode de flama, les seccions de clarificació i homogeneïtzació no poden aconseguir una homogeneïtzació completa, la qual cosa resulta en una qualitat de fusió més baixa.
Emissions de gasos d'escapament
La combustió de gas natural produeix gasos d'escapament com ara sofre i òxids de nitrogen.
Emissions de gasos d'efecte hivernacle
Com a combustible fòssil, la combustió de gas natural allibera quantitats importants de CO2, un gas d'efecte hivernacle.
Alta inversió en equipament
Abordar les emissions de gasos d'escapament de la combustió de gas natural requereix mesures de control de la contaminació. La baixa utilització de calor també requereix mesures de recuperació de calor residual. A més, la combustió d'oxigen pur requereix equips de generació d'oxigen. Aquests tres factors augmenten significativament la inversió en equips. La inversió unitària per al mètode de flama és d'aproximadament 11.000-20.000 RMB per tona.
- Mètode de fusió totalment elèctric
En comparació amb el mètode de la flama, el mètode de fusió totalment elèctric ofereix avantatges notables.
Alta qualitat de fusió
La tecnologia de fusió totalment elèctrica es basa en el principi que la fosa és conductora elèctricament en un estat fos a alta temperatura, cosa que permet que l'energia elèctrica es subministri directament a la fosa per a l'escalfament intern. La disposició vertical dels elèctrodes facilita la fusió vertical. Els forns de tanc de fusió totalment elèctrics de mil tones a l'any poden aconseguir una profunditat de fosa de més d'1,2 metres, proporcionant una secció de clarificació i homogeneïtzació més llarga. La zona isotèrmica d'alta temperatura dins del tanc és més profunda, cosa que porta a una millor qualitat de fusió i homogeneïtzació del basalt.
Eficiència energètica
L'escalfament intern directe de la fosa, la fusió vertical, els tancs més profunds i la cobertura de material fred a la superfície de la fosa contribueixen a altes taxes de fusió i a una alta eficiència tèrmica. En primer lloc, els elèctrodes inserits directament a la fosa garanteixen la plena utilització de la calor de Joule. En segon lloc, el nivell profund de la fosa, amb una profunditat que s'acosta al diàmetre intern del forn, resulta en una superfície específica més petita i gairebé mínima per a la fosa. Aquesta estructura geomètrica redueix significativament la dissipació de calor en comparació amb l'estructura en forma de plat del mètode de flama. En tercer lloc, la cobertura de material fred a la superfície de la fosa forma una "part superior freda del forn", reduint encara més la pèrdua de calor.
Baixa petjada de carboni
La tecnologia de fusió totalment elèctrica elimina les emissions de carboni associades a la combustió de gas natural en el mètode de flama. Les seves emissions de carboni estan determinades únicament per la combinació energètica de la xarxa elèctrica. Si s'utilitza energia hidroelèctrica o altres fonts d'energia renovables, es poden aconseguir zero emissions de carboni.
Menor inversió
Com que el mètode de fusió totalment elèctric no implica la combustió d'oxigen pur del gas natural, no cal invertir en equips de tractament ambiental de gasos d'escapament ni en equips de generació d'oxigen. A més, la cobertura de material fred a la superfície de la fosa significa que no cal inversió en equips de recuperació de calor residual. Per tant, la inversió unitària per al mètode de fusió totalment elèctric és menor.
Avantatge de costos
Un estalvi energètic significatiu i una menor depreciació dels actius fixos es tradueixen en un clar avantatge en els costos.
